Программа: авторская.
Автор: Фуралев В.А.
Год утверждения (начало апробации): 1991
Курс преподает Н.С. Глаголева

Пояснительная записка

Во всех школах России в настоящее время преподается курс цитологии как часть курса общей биологии. Представления об основных закономерностях работы клеток, несомненно, важно сформировать у каждого ученика общеобразовательной средней школы. Но цитология как фундаментальная биологическая дисциплина отражена в таких курсах лишь поверхностно. Ученики старших классов средней школы биологического профиля должны получить представление о фундаментальных основах цитологии — научной дисциплины, теми или иными аспектами которой они, став биологами, с большой вероятностью будут заниматься профессионально.

Формирование у будущих биологов представлений об основных достижениях, теориях и методах современной фундаментальной цитологии составляет задачу настоящего спецкурса. Программа спецкурса включает в углубленном виде всё, что должны усвоить из цитологии ученики общеобразовательных школ в ходе курса общей биологии, а также ряд дополнительных составляющих, посвященных не вошедшим в базовый школьный курс цитологическим фактам, теориям и методам цитологических исследований.

Контроль знаний учащихся осуществляется по методике, заимствованной автором спецкурса у профессора Ю.С. Ченцова (МГУ им. М.В. Ломоносова). Методика состоит в том, что в конце каждых двух часов занятий ученики получают небольшие проверочные задания (на пять-десять минут), которые они должны выполнить на раздаваемых каждому листках формата A4 с текстом вопросов и задач. При выполнении заданий ученикам разрешается пользоваться своими записями, но категорически запрещается консультироваться друг с другом и списывать друг у друга. Каждые последующие два часа занятий начинаются с раздачи ученикам проверенных работ и обсуждения правильных ответов и допущенных ошибок. Такой метод контроля знаний способствует усилению мотивации усвоения материала в ходе каждого занятия и концентрации внимания на всех разбираемых на уроке вопросах.

По окончании каждого раздела курса проводится контрольная работа на один час, вопросы и задачи которой раздаются ученикам на листках формата A4; на тех же листках ученики и выполняют работу. Учащиеся, пропустившие контрольную работу (например, по болезни), должны в свободное от уроков время выполнить ее под присмотром учителя. Пропущенные рядовые проверочные задания, в отличие от контрольных, выполнять необязательно. Ученикам, пропустившим определенные часы, выдаются распечатки конспекта пропущенных уроков. В электронном виде конспект пройденных тем выдается всем желающим учащимся.

Проверенные рядовые и контрольные работы, с оценкой и замечаниями учителя, написанными цветными чернилами, раздаются ученикам и остаются у них. Это представляется целесообразным, т.к. ученики при этом могут при случае повторить пройденный материал по собственной работе и замечаниям учителя. Оценки за проверочные задания (по обычной пятибалльной шкале оценивания) выставляются в журнал и вносятся в таблицу в программе Microsoft Excel, в которой для каждого ученика автоматически рассчитываются следующие показатели: средняя оценка (среднее арифметическое всех выставленных на данный момент оценок, с точностью до сотых долей балла), сумма баллов (арифметическая сумма всех выставленных на данный момент оценок) и предварительная ожидаемая оценка (средняя оценка, округленная до целого числа). По результатам расчетов после каждого задания определяются две группы лидеров — по среднему баллу и по сумме баллов. (Две группы лидеров нужны для того, чтобы те, кто пропустил много занятий, но очень хорошо справляется с заданиями, могли лидировать по среднему баллу, а те, кто не пропустил ни одного занятия или пропустил одно-два, могли лидировать по сумме баллов.) Учащийся или учащиеся с максимальным соответствующим показателем занимают первое место в каждой группе, со следующим наибольшим значением — второе, со следующим — третье. После раздачи проверенных заданий учитель объявляет имена и фамилии учеников, занимающих на данный момент каждое из мест. В конце курса обе группы лидеров в соответствии с занятыми местами награждаются небольшими поощрительными призами. Такая система способствует дружескому соревнованию между наиболее сильными учениками и стимулирует их к наиболее полному приложению своих способностей.

Спецкурс рассчитан на одно полугодие (17 занятий по два часа, всего 34 часа). Данный курс тесно взаимосвязан с курсом генетики, который преподается с опорой на полученные в ходе изучения курса цитологии сведения. По программе обоих курсов ученики сдают устный переводной экзамен в конце 10 класса.

Структура программы

Клеточная теория и методы изучения клетки (4 часа)
Строение ядра и реализация наследственной информации (8 часов)
Эндомембранная система. Мембранные органоиды клетки (8 часов)
Цитоскелет и деление клетки (8 часов)
Межклеточные взаимодействия и внутриклеточная передача сигнала (6 часов)

Содержание программы

Клеточная теория и методы изучения клетки

Основные положения клеточной теории. Строение растительной и животной клеткок. Структурно-функциональные образования клетки. Световая микроскопия. Витальное (прижизненное) изучение клеток. Изучение фиксированных клеток. Электронная микроскопия. Фракционирование (разделение) клеток.

Строение ядра и реализация наследственной информации

Центральная догма молекулярной биологии

Роль белков в жизни клетки. ДНК→ иРНК→ Белок. Гены. Принцип комплементарности ДНК. Транскрипция и трансляция. Функция тРНК и рибосом. Аминоацил-тРНК-синтетазы.

Строение клеточного ядра

Роль ядра в жизнедеятельности клетки. Ядерные компоненты прокариотов. Ядро эукариотов. Клеточный цикл. Полиплоидия. Пространственное расположение хромосом в интерфазном ядре.

Структура хроматина

ДНК хроматина. Эухроматин и гетерохроматин. Репликация ДНК эукариотов. Белки хроматина — гистоны. Уровни компактизации хроматина. Ядерный белковый матрикс. Ультраструктура митотических хромосом.

Ядрышко. Синтез рРНК и мРНК

Чем определяется число ядрышек в клетке. Строение и функционирование генов рРНК. Структура ядрышка и типы ядрышек. Ядрышко во время митоза. Механизмы транскрипции генов. Структурные изменения РНК в ядре. Синтез РНК в пуфах политенных хромосом.

Эндомембранная система. Мембранные органоиды клетки

Общие свойства биологических мембран. Плазматическая мембрана

Барьерно-транспортная роль плазмалеммы. Трансмембранный перенос. Эндоцитоз и экзоцитоз. Рецепторная роль плазмалеммы. Межклеточные соединения (контакты). Специализированные структуры плазматической мембраны. Клеточная стенка (оболочка) растений. Клеточные оболочки бактерий

Ядерная оболочка

Компоненты ядерной оболочки. Роль ядерной оболочки в ядерно-цитоплазматическом обмене. Импорт кариофильных белков. Экспорт из ядра в цитоплазму. Динамика ядерной оболочки в митозе.

Гранулярный эндоплазматический ретикулум. Гладкий ретикулум и другие мембранные компартменты

Эндоплазматическая сеть. Строение гранулярного ретикулума. Синтез растворимых белков. Синтез клеточных мембран. Секреция белков и образование мембран у бактерий. Гладкий (агранулярный) эндоплазматический ретикулум. Вакуоли растительных клеток. Сферосомы. Пероксисомы (микротельца).

Аппарат Гольджи. Лизосомы

Строение аппарата Гольджи. Секреторная функция аппарата Гольджи. Модификация белков в аппарате Гольджи. Сортировка белков в аппарате Гольджи. Общие характеристики лизосом. Морфологическая гетерогенность лизосом. Болезни человека, связанные с лизосомами.

Митохондрии и пластиды

Строение митохондрий. Функции митохондрий. Увеличение числа митохондрий. Хлоропласт. Строение и функции хлоропластов. Жизненный цикл и функциональные перестройки пластид. Геном митохондрий и пластид.

Цитоскелет и деление клетки

Микрофиламенты. Микротрубочки. Промежуточные филаменты. Клеточный центр. Двигательный аппарат бактерий Актиновые микрофиламенты. Мышечные клетки. Актиновые компоненты немышечных клеток. Общая характеристика микротрубочек. Строение и движение ресничек. Микротрубочки цитоплазмы. Центриоль. Центросомный цикл.

Митотическое деление клеток

Общая организация митоза. Кинетохор. Динамика митоза. Митоз растительной клетки. Различные типы митоза эукариотов.

Мейоз

Общая организация мейоза. Динамика мейоза.

Межклеточные взаимодействия и внутриклеточная передача сигнала

Межклеточная и внутриклеточная передача сигналов

Типы межклеточной передачи сигналов. Типы внутриклеточной передачи сигналов. Сигнальные каскады. G-белки и роль фосфорилирования белков.

Роль сигнальных путей в регуляции клеточных процессов

Регуляция клеточного цикла. Регуляция клеточного роста. Онкогенез и опухолеобразование.

Требования к знаниям, умениям и навыкам учащихся

Учащиеся должны знать:

положения клеточной теории и теории симбиогенеза; особенности клеток прокариот и эукариот, животных и растений;
основные методы изучения живых и фиксированных клеток;
строение и принцип удвоения ДНК, основные этапы и механизмы синтеза белка;
строение и функции основных органоидов клеток эукариот;
строение и функции клеточных мембран, элементов цитоскелета клеток;
признаки и ход митоза и мейоза;

определения и значения основных понятий и терминов курса, а именно:
клетка, органоид;
обмен веществ, метаболический путь;
фермент, ферментативная реакция;
клеточный рецептор, лиганд, сигнальный путь, каскадная реакция;
белок-канал, белок-переносчик, активный и пассивный транспорт;
матричный синтез, конвариантная редупликация;
генетическая информация, генетический код, мутация;
митоз, мейоз, клеточный цикл;
онкогенез, опухолевая трансформация;
положительная и отрицательная обратная связь.

Учащиеся должны уметь:

использовать знания о химических и физических процессах и законах для объяснения механизмов работы живых систем, а именно:
атомно-молекулярная теория и её связь с изменчивостью и наследственностью;
понятие катализа, его приложимость к ферментативным реакциям;
взаимосвязь между строением, химическими свойствами и биологическими функциями ДНК, РНК и белков;
взаимосвязь между строением, химическим составом и биологическими функциями мембранов и компонентов цитоскелета;

раскрывать взаимосвязь между строением и биологическими функциями основных органоидов клеток эукариот;
сравнивать строение и особенности обмена веществ клеток эукариот и прокариот, растений и животных;
интерпретировать результаты биологических экспериментов и придумывать мысленные эксперименты для проверки гипотез;
предлагать различные варианты ответов на задачи с неоднозначным решением;
объяснять и илллюстрировать примерами принципы регуляции функций на основе отрицательной и положительной обратной связи на уровне клетки и генетических систем;
связывать строение органоидов клетки и клеток мышечной и нервной ткани с их функциями;
объяснять взаимосвязи между работой различных органоидов клетки;
раскрывать взаимосвязи между работой генетического аппарата клетки и закономерностями передачи наследственных признаков на клеточном, организменном и популяционном уровне;
объяснять механизмы реакции клеток на внешние воздействия, механизмы регуляции работы клеток;
связывать нарушения в генетическом аппарате, работе органоидов и регуляторных механизмах клеток с различными патологиями;
объяснять цитологические и молекулярные основы хромосомной и внехромосомной наследственности, раскрывать их сходства и различия.

Учебные пособия

Основные

1. Ребриков Д.В. Цитология (рукопись). Доступно школьникам в электронном виде и в виде распечаток.
2. Фуралев В.А. Цитология: структура и функции клеточных органоидов. М., ОЛ ВЗМШ, 1998. Пособие, написанное по разработанному и апробированному в гимназии авторскому курсу. Содержит краткое изложение современных данных о строении и работе клеток эукариот. Рассчитано на самостоятельную работу школьников и обеспечивает базовый для биологических классов уровень освоения материала.
3. Грин Г., Стаут У., Тейлор Д. Биология (в 3-х т.т.). М., Мир, 1993.
4. Общая биология (10-11). Учебник для классов с углубленным изучением биологии. Ред. Рувинский А.О. М., Просвещение, 1993. Учебник, учитывающий современные достижения биологии. Используется для установления связей между цитологией и другими разделами биологии (генетика, индивидуальное развитие организмов).

Дополнительное

Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки (в 3-х т.т.). М., Мир, 1994. Учебник университетского уровня. Тем не менее, очень простое и четкое изложение, отличная структурированность материала, обилие интересных данных делает его пригодным для сильных старшеклассников. Имеется в библиотеке биологического отделения и приобретается многими учениками для углубленного изучения предмета. Используется также при подготовке докладов.

См. также: Внутренняя жизнь клетки(BioVisions at Harvard University) (20 Мб) (файл выложен в архиве rar)
Внимание! Для просмотра фильма необходим проигрыватель файлов flv: FLVPlayer (1,12 Мб).